Somatosensorische stimulatie bij artrose van de knie

Wereldwijd lijdt 9,6% van de mannen en 18% van de vrouwen ouder dan 60 jaar aan artrose (OA), waarvan de meeste de knie aantasten. Binnen de artrose-patiëntenpopulatie heeft 80% van de artrose-patiënten bewegingsbeperkingen en kan 25% het grootste deel van hun dagelijkse activiteiten niet uitvoeren (WHO). Artrose is een progressieve gewrichtskraakbeenaandoening waarbij sprake is van motorische en sensorische stoornissen, waaronder een verminderd bewegingsbereik, spierzwakte, verminderde proprioceptie en pijn. Sommige van deze symptomen dragen bij aan artrogene spierinhibitie (AMI), een reflexieve afname van de motorische output naar de spieren rond het aangetaste gewricht die hoogstwaarschijnlijk wordt gemedieerd door GABAergische remmende mechanismen.

AMI wordt gekenmerkt door abnormale afferente informatie die wordt doorgegeven aan het centrale zenuwstelsel, resulterend in gewijzigde afferente feedback naar de quadriceps-motorneuronen (MN), wat op zijn beurt resulteert in verminderde prikkelbaarheid van die specifieke pool. Er wordt gesuggereerd dat de veranderde afferente input voortkomt uit stimulatie van mechanoreceptoren, via gewrichtseffusie of overmatige bewegingen, nociceptoren als reactie op pijn of verlies van gewrichtsreceptoren. Hoewel het bewijs met betrekking tot de rol van het centrale zenuwstelsel schaars is, lijken pre- en postsynaptische spinale mechanismen die rechtstreeks van invloed zijn op alfa-MN's, aangetast. Disfunctie van γ-loops lijkt ook een rol te spelen. Deze mechanismen samen resulteren in AMI die zich manifesteert door afwijkingen in vrijwillige quadriceps-torsie, krachtcontrole en reflexprikkelbaarheid, vaak gemeten door de H-reflex.

Motorische disfunctie is dus een belangrijke beperkende factor voor artrosepatiënten en omvat motorische en sensorische factoren. Naast de duidelijke rol van motorische efferenten, beïnvloeden sensorische afferenten ook de motorische controle en een slechte proprioceptieve functie is voorspellend voor slechte stoel-sta-prestaties. Vermindering van de sensorische tekorten zou mogelijk de motorische functie bij knieartrose kunnen verbeteren. De huidige studie heeft tot doel te evalueren of perifere elektrische zenuwstimulatie met lage intensiteit, een vorm van toenemende afferente input, mogelijk de motorische functie van artrosepatiënten zou kunnen verbeteren. De meest beperkende factor bij artrosepatiënten is echter pijn, ervaren in rust en tijdens beweging. Hoogfrequente stimulatieparadigma's worden normaal gesproken gebruikt om pijn te verminderen, maar 40-50 minuten laagfrequente elektrische stimulatie (4 Hz, < MT-intensiteit) kan ook effectief zijn bij het verminderen van pijn in rust, pijn tijdens beweging en pijngevoeligheid, hoewel een recente systematische review zet vraagtekens bij de consistentie van deze effecten gezien het beperkte bewijs. Hoewel er, voor zover wij weten, geen duidelijke fysiologische verklaring is voor pijnvermindering na perifere elektrische zenuwstimulatie, is het mogelijk dat vermindering van ervaren pijn wordt gemedieerd door verminderde analgesie, d.w.z. verminderde prikkelbaarheid van nociceptieve neuronen.

Elektrische stimulatie van perifere zenuwen en spieren is in verschillende vormen toegepast om spierkracht, motorische vaardigheden, spinale en corticale prikkelbaarheid te moduleren. Door neuromusculaire elektrische stimulatie (NMES) opgewekte krachten kunnen koppels genereren tot 112% van de maximale vrijwillige contractiekracht en nemen toe met toenemende stimulatiefrequentie tot 70-80 Hz.

Terwijl NMES voornamelijk gericht is op het vergroten van de spierkracht, is somatosensorische elektrische stimulatie (SES) met lage intensiteit gebruikt om de verwerving van motorische vaardigheden bij neurologische patiënten en gezonde deelnemers te verbeteren. SES prikkelt afferenten van groep Ia, Ib en II, evenals secundaire afferente spiervezels. SES verhoogt de motorische prestaties het meest wanneer toegepast op een perifere zenuw bij hoge sensorische intensiteiten (2-3 keer perceptuele drempel) bij 10 Hz (SES toegepast in 1 Hz-treinen bestaande uit 5 pulsen bij 10 Hz). Hoogfrequente transcutane elektrische zenuwstimulatie (TENS) en sensomotorische training kunnen beide herpositioneringsfouten als gevolg van verminderde knieproprioceptie bij patiënten met knieartrose veroorzaken. Zowel TENS als SES prikkelen dus afferente vezels die betrokken zijn bij proprioceptie van de knie. Verminderde proprioceptie van de knie is in verband gebracht met een verminderd vermogen om nauwkeurig en gestaag kracht te beheersen en verminderde excentrische kracht. In tegenstelling tot NMES, waarbij geïnduceerde toename van spierkracht hoogstwaarschijnlijk veranderingen in metabolisme, hypertrofie en mogelijk spinale mechanismen met zich meebrengt, en TENS, waar primaire afferenten met een grote diameter cruciaal zijn bij pijnvermindering, richt SES zich op sensorische paden, zowel cutaan als proprioceptief, die een geschikt doelwit lijken om sensorische tekorten die betrokken zijn bij artrose te verminderen.

SES kan de motorische functie van patiënten met een beroerte verbeteren, maar of dergelijke verbeteringen kunnen optreden bij patiënten met knie-AO is niet bekend. Excitatie van primaire afferenten door SES zou kunnen dienen als een fysiologische basis voor de hypothese dat SES een positieve invloed heeft op de afferente invoer naar α-MN van de quadriceps-spieren rond het disfunctionele gewricht en pijn vermindert. De verhoogde afferente input door SES, zoals eerder aangetoond bij gezonde deelnemers en patiënten met een beroerte, zal naar verwachting de motorische controle verbeteren, gemeten aan de hand van een toename in trackingprestaties in het disfunctionele kniegewricht. Als een taakvariant op visuomotorische tracking, wordt verwacht dat de stabiliteit en nauwkeurigheid van de kracht toenemen na SES, omdat deze maatregelen verband houden met proprioceptie, een uitkomst waarvan bekend is dat SES verbetert door excitatie van spierafferenten. Als deze verwachting klopt, zou SES in toekomstige studies en revalidatieprotocollen kunnen worden gebruikt als een inleiding om de effecten van NMES en andere oefentherapieën die zijn ontworpen om de kracht en het vermogen van de quadriceps te verbeteren, te versterken. Ten tweede, als SES de pijn vermindert en de motorische controle vergroot, kan SES mogelijk een operatie uitstellen en kan het dienen als adjuvans voor patiënten die niet geschikt zijn voor of weerstand bieden aan een totale knievervanging om de dagelijkse activiteiten en daarmee de kwaliteit van leven te verbeteren.

Daarom zal de huidige studie de acute en vertraagde effecten van 60 minuten SES (vijf pulsen in 1 Hz-treinen bij 10 Hz bij motordrempelintensiteit) van de dijbeenzenuw onderzoeken bij patiënten die lijden aan artrose van de knie. Figuur 1 toont een schematisch overzicht van de voorgestelde onderzoeksopzet. Als eerste stap zou een pilot-experiment bij 5-6 gezonde personen moeten uitwijzen of er enige effecten of trends zijn waargenomen na 30 minuten SES, een duur van 60 minuten zou waarschijnlijk meer optimaal zijn gezien de standaard van 120 minuten die wordt gebruikt voor het verbeteren van neurologische patiënten ' handfunctie. De primaire uitkomst van de studie is motorische coördinatie geëvalueerd met behulp van target tracking op basis van kniepositie en niet op basis van quadricepskracht, omdat positie versus kracht minder wordt beïnvloed door de invloeden van pijn en daarom geschikter is in de huidige context. Secundaire uitkomsten zijn motorische controle en proprioceptie, wat wordt weerspiegeld in een grotere stabiliteit en nauwkeurigheid van de kracht, maximale vrijwillige kracht en dagelijks fysiek functioneren. De onderzoekers veronderstellen op basis van eerdere gegevens dat afferente input geïnduceerd door SES afwijkingen in sensorische input als gevolg van OA vermindert en daardoor de motorische controle verhoogt.